(57)【要約】  排気通路（４４）と吸気通路（１２）とを接続するＥＧＲ通路（６２）に、ＥＧＲ触媒（６４）とＥＧＲ弁（７０）とを備える内燃機関（１０）において、ＥＧＲ停止中のＥＧＲ触媒（６４）の浄化性能の低下を抑制し、ＥＧＲ再開時に排気ガスを好適に浄化することのできる内燃機関の制御装置（８０）を提供する。  ＥＧＲ弁（７０）が閉じられてＥＧＲが停止されている場合に、ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリッチであるか否かを判定する。そして、ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリッチであると判定された場合に、内燃機関（１０）の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する。
2011058628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路内の排気ガスの空燃比（以下、ＥＧＲ通路空燃比という。）を取得する手段と、
前記ＥＧＲ弁が閉じられてＥＧＲが停止されている場合に、前記ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリッチであるか否かを判定するＥＧＲ通路空燃比判定手段と、
前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリッチであると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する目標空燃比設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ通路空燃比は、前記ＥＧＲ弁の上流における空燃比であること、を特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記目標空燃比設定手段により目標空燃比が設定された後、前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリーンになったと判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比に設定する手段、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な主触媒と、
前記主触媒の下流の排気ガスの空燃比（以下、主触媒下流空燃比という。）を取得する手段と、
前記主触媒下流空燃比が理論空燃比よりもリッチであるか否かを判定する主触媒下流空燃比判定手段と、を備え、
前記目標空燃比設定手段は、前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリッチであると判定された場合、かつ、前記主触媒下流空燃比判定手段により前記主触媒下流空燃比が理論空燃比よりもリッチであると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定すること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気通路に設けられた過給機のタービンを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも上流の前記排気通路に接続されていること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記排気通路は、
前記内燃機関の第１気筒群から排出される排気ガスが流れる第１排気通路と、
前記内燃機関の第２気筒群から排出される排気ガスが流れる第２排気通路と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路とが合流した後の合流後排気通路と、を備え、
前記タービンは、前記合流後排気通路に設けられ、
前記ＥＧＲ通路は、
前記第１排気通路に接続され、前記内燃機関の吸気通路へ向かう第１ＥＧＲ通路と、
前記第２排気通路に接続され、前記内燃機関の吸気通路へ向かう第２ＥＧＲ通路と、
前記第１ＥＧＲ通路と前記第２ＥＧＲ通路とが合流する合流部から前記吸気通路へ連通する合流後ＥＧＲ通路と、を備え、
前記ＥＧＲ触媒は、前記合流後ＥＧＲ通路に設けられていること、
を特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、外部ＥＧＲシステムを備えた車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、排気通路と吸気通路とがＥＧＲ通路により接続され、上記ＥＧＲ通路にＥＧＲ触媒とＥＧＲ弁とが配置された内燃機関が知られている。また、本公報には、ＥＧＲ弁が開かれてＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）が実施されている場合において、排気通路を流れる排気ガスの空燃比がリッチであった累積時間が閾値を超えた場合に、目標空燃比をリッチからリーンに変更することが開示されている。このような制御によれば、ＥＧＲが実施されている場合において、ＥＧＲ触媒の再生を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００９−１７４４５２号公報
【特許文献２】日本特開２００７−０２３８８８号公報
【特許文献３】日本特開平５−１８７３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気ガスには、排気ブローダウンの圧力波の影響により脈動が生じる。そのため、ＥＧＲ弁が閉じられてＥＧＲが停止されている場合にも、排気通路とＥＧＲ通路との間で排気ガスの流入と流出とが繰り返される。特に、気筒群ごとに個別の排気通路を有するツインエントリターボを備える場合には、１排気通路あたりの気筒爆発数が少ないため、排気ガスの脈動は顕著である。そのため、排気通路とＥＧＲ通路との間でのガス交換も活発となる。その結果、ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ触媒においても排気ガスの流入と流出とが繰り返される。排気ガスがリッチ雰囲気である場合には、ＥＧＲ触媒の酸素が消費され、ＥＧＲ触媒の浄化性能が低下する。ＥＧＲ触媒の浄化性能が低下した状態でＥＧＲが再開されると、排気ガス成分（特にＰＭ：Particulate Matter）の浄化が十分になされない。そのため、多くの排気ガス成分が吸気系へ流入し、内燃機関の排気ガス浄化性能が悪化することが懸念される。【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ停止中のＥＧＲ触媒の浄化性能の低下を抑制し、ＥＧＲ再開時に排気ガスを好適に浄化することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路内の排気ガスの空燃比（以下、ＥＧＲ通路空燃比という。）を取得する手段と、
前記ＥＧＲ弁が閉じられてＥＧＲが停止されている場合に、前記ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリッチであるか否かを判定するＥＧＲ通路空燃比判定手段と、
前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリッチであると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する目標空燃比設定手段と、を備えることを特徴とする。【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲ通路空燃比は前記ＥＧＲ弁の上流における空燃比であることを特徴とする。【０００８】
また、第３の発明は、第１又第２の発明において、
前記目標空燃比設定手段により目標空燃比が設定された後、前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリーンになったと判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比に設定する手段、を備えることを特徴とする。【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な主触媒と、
前記主触媒の下流の排気ガスの空燃比（以下、主触媒下流空燃比という。）を取得する手段と、
前記主触媒下流空燃比が理論空燃比よりもリッチであるか否かを判定する主触媒下流空燃比判定手段と、を備え、
前記目標空燃比設定手段は、前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリッチであると判定された場合、かつ、前記主触媒下流空燃比判定手段により前記主触媒下流空燃比が理論空燃比よりもリッチであると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定すること、を特徴とする。【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、
前記排気通路に設けられた過給機のタービンを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも上流の前記排気通路に接続されていること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。【００１１】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記排気通路は、
前記内燃機関の第１気筒群から排出される排気ガスが流れる第１排気通路と、
前記内燃機関の第２気筒群から排出される排気ガスが流れる第２排気通路と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路とが合流した後の合流後排気通路と、を備え、
前記タービンは、前記合流後排気通路に設けられ、
前記ＥＧＲ通路は、
前記第１排気通路に接続され、前記内燃機関の吸気通路へ向かう第１ＥＧＲ通路と、
前記第２排気通路に接続され、前記内燃機関の吸気通路へ向かう第２ＥＧＲ通路と、
前記第１ＥＧＲ通路と前記第２ＥＧＲ通路とが合流する合流部から前記吸気通路へ連通する合流後ＥＧＲ通路と、を備え、
前記ＥＧＲ触媒は、前記合流後ＥＧＲ通路に設けられていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ＥＧＲが停止されている場合、かつ、ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリッチである場合に、内燃機関の目標空燃比がリーンに設定される。排気ガスの脈動により排気通路とＥＧＲ通路との間でガス交換がなされる。ＥＧＲ触媒の下流にＥＧＲ弁が配置される場合には、ＥＧＲ通路に流入されるリーン雰囲気の排気ガスにより、ＥＧＲ触媒に酸素を供給することができる。ＥＧＲ触媒の酸素量を増加させ、排気ガス成分（特にＰＭ）の浄化性能の低下を抑制することができる。また、第１の発明によれば、ＥＧＲ触媒の上流にＥＧＲ弁が配置される場合に、ＥＧＲ停止中にＥＧＲ通路内の排気ガスをリーン雰囲気としておくことができる。そのため、ＥＧＲ再開時にリッチ雰囲気の排気ガスがＥＧＲ触媒に流入し、ＥＧＲ触媒の浄化性能を低下させることを防ぐことができる。このように本発明によれば、ＥＧＲ再開時において、ＥＧＲ触媒で排気ガス成分を好適に浄化させることができ、排気ガス成分が吸気系に余計に排出されることを防止することができる。【００１３】
第２の発明によれば、ＥＧＲ弁の上流のＥＧＲ通路内の空燃比が取得される。このため、ＥＧＲ弁の上流に配置されたＥＧＲ触媒の下流の空燃比が取得される場合には、ＥＧＲ触媒に酸素に不足している状態を確認して、ＥＧＲ触媒に酸素を供給することができる。また、ＥＧＲ弁がＥＧＲ触媒の上流に配置される場合には、ＥＧＲ再開時にＥＧＲ触媒の酸素が不足する状況を推定して、ＥＧＲ通路内の排気ガスをリーン雰囲気としておくことができる。【００１４】
第３の発明によれば、目標空燃比設定手段により目標空燃比が設定された後、ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリーンとなったと判定された場合に、内燃機関の目標空燃比が理論空燃比に設定される。このため、本発明によれば、エミッションの悪化を防止することができる。【００１５】
第４の発明によれば、ＥＧＲが停止されている場合、かつ、ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリッチである場合、かつ、主触媒下流空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合に、内燃機関の目標空燃比がリーンに設定される。このため、本発明によれば、エミッションの悪化を防止しつつ、ＥＧＲ触媒の浄化性能の維持を図ることができる。【００１６】
第５の発明によれば、過給機のタービンよりも上流の排気通路にＥＧＲ通路が接続される。タービンの上流は圧力変動が大きい。圧力変動が大きい箇所にＥＧＲ通路が接続されているため、排気通路とＥＧＲ通路とにおけるガス交換も顕著となる。このため、本発明によれば、第１乃至第４の発明における制御が効果的に作用し、ＥＧＲ触媒の浄化性能の低下を抑制することができる。【００１７】
第６の発明によれば、気筒群ごとに個別の排気通路を有するツインエントリターボが構成される。排気通路が分岐されるため、分岐後の排気通路あたりの気筒爆発数は少なくなる。そのため、排気ガスの脈動は顕著となる。このため、本発明によれば、第１乃至第４の発明における制御が効果的に作用し、ＥＧＲ触媒の浄化性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図３】本実施の形態において用いられる酸素センサ５６及びＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力特性を示す図である。
【図４】排気ガスの空燃比とＰＭ浄化率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における制御例を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１においてＥＣＵ８０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】ＥＧＲカット実施中の排気通路、ＥＧＲ通路、ＥＧＲ触媒６４における排気ガスの流量を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
２０、２０ａ、２０ｂ  ターボ過給機、コンプレッサ、タービン
４０、４２  第１排気通路、第２排気通路
４４  合流後排気通路
５０  上流触媒
５４  空燃比センサ
５６  酸素センサ
５８  通路
５８、６０  第１ＥＧＲ通路、第２ＥＧＲ通路
６２  合流後ＥＧＲ通路
６４  ＥＧＲ触媒
６６  ＥＧＲ通路酸素センサ
７０  ＥＧＲ弁
８０  ＥＣＵ
９０ａ  タービン流入ガス
９２ａ  ＥＧＲ通路流入ガス
９４ａ  ＥＧＲ触媒流入ガス
９９  閾値
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２１】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１および図２は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。より具体的には、図１は、４つの気筒を有する内燃機関１０のうちの一つの気筒の断面を示している。また、図２は、図１に示すシステムが備える各要素をより簡略的に表している。以下、図１とともに必要に応じて図２を参照して、本実施形態のシステムの構成を説明するものとする。
【００２２】
内燃機関１０の吸気系は、吸気通路１２を備えている。空気は大気中から吸気通路１２に取り込まれ、燃焼室１４に分配される。吸気通路１２の入口には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。
【００２３】
エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０が設けられている。ターボ過給機２０は、コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂを備えている。コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂとは連結軸によって一体に連結されている。コンプレッサ２０ａはタービン２０ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。
【００２４】
コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、スロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４は、アクセル開度に基づいてスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。
【００２５】
また、インタークーラ２２からスロットルバルブ２４に至る吸気通路１２の途中には、インタークーラ２２によって冷却された吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ２６と、コンプレッサ２０ａの下流であってスロットルバルブ２４の上流での吸気通路内圧を検出するための上流側圧力センサ２８とが配置されている。スロットルバルブ２４の下流には、サージタンク３０が設けられている。サージタンク３０にはスロットルバルブ２４の下流での吸気通路内圧を検出するための下流側圧力センサ３２が配置されている。
【００２６】
また、内燃機関１０は、燃料を燃焼室１４内に直接噴射するための筒内噴射弁３４を備えている。筒内噴射弁３４には、高圧燃料ポンプ３６によって高圧化された燃料が供給される。また、内燃機関１０は、燃焼室１４内に突出するように点火プラグ３８が取り付けられている。
【００２７】
図２に示すように、内燃機関１０は、＃１気筒と＃４気筒からなる第１気筒群から排出される排気ガスが流れる第１排気通路４０と、＃２気筒と＃３気筒からなる第２気筒群から排出される排気ガスが流れる第２排気通路４２とを備えている。第１排気通路４０と第２排気通路４２は、タービン２０ｂの上流において一本の合流後排気通路４４に合流している。このような構成によりターボ過給機２０は「ツインエントリターボ」として機能する。以下、第１排気通路４０、第２排気通路４２、及び合流後排気通路４４を特に区別しない場合には、単に「排気通路」と称することとする。
【００２８】
図１に示すように、内燃機関１０の排気系には、タービン２０ｂをバイパスしてタービン２０ｂの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路４６が接続されている。排気バイパス通路４６の途中には、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）４８が配置されている。
【００２９】
また、タービン２０ｂよりも下流側の合流後排気通路４４には、排気ガスを浄化するための上流触媒(ＳＣ)５０および下流触媒(ＵＦＣ)５２が直列に配置されている。これらの触媒５０、５２としては、三元触媒を用いることができる。また、上流触媒５０の上流には、その位置で排気空燃比を検出するための空燃比センサ５４が配置されている。更に、上流触媒５０と下流触媒５２との間には、その位置の空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じた信号を発生する酸素センサ５６が配置されている。
【００３０】
更に、内燃機関１０の排気系には、第１排気通路４０に接続され、吸気通路１２に向かう第１ＥＧＲ通路５８と、第２排気通路４２に接続され、吸気通路１２に向かう第２ＥＧＲ通路６０とが設けられている。また、第１ＥＧＲ通路５８と第２ＥＧＲ通路６０とが合流した後の通路であって、吸気通路１２に接続される合流後ＥＧＲ通路６２が設けられている。
【００３１】
合流後ＥＧＲ通路６２の途中には、酸化触媒としてのＥＧＲ触媒６４が設けられている。ＥＧＲ触媒６４よりも吸気通路１２側の合流後ＥＧＲ通路６２には、ＥＧＲ通路酸素センサ６６が設けられている。ＥＧＲ通路酸素センサ６６よりも吸気通路１２側の合流後ＥＧＲ通路６２には、ＥＧＲクーラー６８が設けられている。ＥＧＲクーラー６８は、合流後ＥＧＲ通路６２を流れる排気ガスを、機関冷却水により冷却するように構成されている。更に、ＥＧＲクーラー６８よりも下流側の合流後ＥＧＲ通路６２には、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁７０が設けられている。以下、第１ＥＧＲ通路５８、第２ＥＧＲ通路６０、及び合流後ＥＧＲ通路６２を特に区別しない場合には、単に「ＥＧＲ通路」と称することとする。
【００３２】
また、本実施形態のシステムは、各気筒の吸気弁および排気弁をそれぞれ駆動するための吸気可変動弁機構７２および排気可変動弁機構７４をそれぞれ備えている。これらの可変動弁機構７２、７４は、吸気弁および排気弁の開閉時期を調整するためのＶＶＴ機構をそれぞれ備えているものとする。
【００３３】
［実施の形態１における一般的制御］
内燃機関１０の制御系は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)８０を備えている。ＥＣＵ８０の入力部には、上述したセンサに加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ８２、冷却水温度を検知するための水温センサ８４等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ８０の出力部には、上述したアクチュエータ等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ８０は、入力された各種の情報に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３４】
図３は、本実施の形態において用いられる酸素センサ５６及びＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力特性を示す図である。図３に示す通り、酸素センサ５６、６６は、空燃比がリッチであるほど大きな起電力を出力し、空燃比がリーンであるほど小さな起電力を出力する。また、理論空燃比（例えば、１４．６）の近傍では、空燃比がリーン寄りになるに従い急激に起電力が低下する。酸素センサ５６、６６によれば、排気ガスの空燃比が、理論空燃比よりもリッチ寄りかリーン寄りであるかを精度高く判定することができる。
【００３５】
ＥＣＵ８０は、内燃機関１０の負荷とエンジン回転数に基づく所定のマップを用いることによって、内燃機関１０の運転状態に応じたベースの燃料噴射量を決定する。そのうえで、本実施形態のシステムでは、上流側の空燃比センサ５４の出力に基づいてメインのフィードバック制御が実行され、一方、下流側の酸素センサ５６の出力に基づいてサブのフィードバック制御が実行される。メインフィードバック制御では、上流触媒５０に流入する排気ガスの実空燃比が所定の目標空燃比（例えば、理論空燃比（ストイキ））と一致するように、ベースの燃料噴射量に増減補正が施される。また、サブフィードバック制御では、上流触媒５０の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、より具体的には、上流触媒５０の下流に配置された酸素センサ５６の出力がストイキ出力となるように、メインフィードバック制御の内容が修正される。
【００３６】
ＥＣＵ８０は、入力された各種の情報に基づいて内燃機関１０の運転状態を制御するためにＥＧＲ弁７０の開度を設定する。要求に応じてＥＧＲ弁７０を開くことで、第１排気通路４０および第２排気通路４２を流れる排気ガスの一部を、第１ＥＧＲ通路５８および第２ＥＧＲ通路６０、更には合流後ＥＧＲ通路６２を介して、吸気通路１２に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実施することができる。また、要求に応じてＥＧＲ弁７０を閉じて全閉とすることで、ＥＧＲを停止するＥＧＲカットを実施することができる。
【００３７】
［実施の形態１における特徴的制御］
図７は、ＥＧＲカット実施中の排気通路、ＥＧＲ通路、ＥＧＲ触媒６４における排気ガスの流量を示す図である。実線９０ｂは、タービン２０ｂに流入する排気ガス（図２のタービン流入ガス９０ａ）の流量を表している。実線９２ｂは、ＥＧＲ通路に流入する排気ガス（図２のＥＧＲ通路流入ガス９２ａ）の流量を表している。実線９４ｂは、ＥＧＲ触媒６４に流入する排気ガス（図２のＥＧＲ触媒流入ガス９４ａ）の流量を表している。
【００３８】
図７に示す実線９２ｂが正値の領域９６は、排気通路からＥＧＲ通路に排気ガスが流入している状態を示している。ＥＧＲ弁７０を全閉とするＥＧＲカット実施中においても、排気弁が開いた時には第１ＥＧＲ通路５８及び第２ＥＧＲ通路６０の上流端の排気ガス取り出し口の圧力が上昇し、質量移動を伴いながら、ＥＧＲ通路内に排気ガスが流入する。そのため、実線９４ｂに正値で示されるようにＥＧＲ触媒６４にも排気ガスが流入することとなる。
【００３９】
一方、図７に示す実線９２ｂが負値の領域９８は、ＥＧＲ通路から排気通路に排気ガスが流出している状態を示している。排気ガスの脈動により、第１ＥＧＲ通路５８及び第２ＥＧＲ通路６０の上流端の排気ガス取り出し口の圧力が低下すると、ＥＧＲ通路から排気通路に排気ガスが流出する。そのため、実線９４ｂに負値で示されるように、ＥＧＲ触媒６４からも排気ガスが流出することとなる。
【００４０】
本実施形態のシステムでは、タービン２０ｂの上流の排気通路にＥＧＲ通路が接続されている。タービン上流は圧力変動の大きいため、排気通路とＥＧＲ通路とにおけるガス交換も顕著となる。そのため、ＥＧＲ触媒６４への排気ガスの流入と流出は多くなる。さらに、本実施形態のシステムでは、上述したツインエントリターボが構成されている。気筒群ごとに個別の排気通路を有するツインエントリターボでは、分岐された１排気通路あたり気筒爆発数は少なくなり、排気ガスの脈動はより顕著となる。そのため、ＥＧＲ触媒６４への排気ガスの流入と流出はより多くなる。
【００４１】
このように、ＥＧＲカット実施中であっても、ＥＧＲ触媒６４への排気ガスの流入と流出が繰り返される。そのため、ＥＧＲカット実施中であっても、排気ガスの空燃比がリッチである場合には、ＥＧＲ触媒６４の酸素が消費されることとなる。ＥＧＲ触媒６４の酸素が消費された状態でＥＧＲが再開される場合には、ＰＭ（Particulate Matter）を酸化反応にて十分に浄化することができない。その結果、多くのＰＭが吸気系へ還流されてしまうこととなる。
【００４２】
図４は、排気ガスの空燃比とＰＭ浄化率との関係を示す図である。図４に示す通り、ＰＭ浄化率は、空燃比が理論空燃比よりもリーンである領域において高い。一方、ＰＭ浄化率は、空燃比が理論空燃比よりも低い領域において急激に低下する。
【００４３】
そこで、本実施形態では、ＥＧＲカット実施中において、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの空燃比がリッチである場合には、目標空燃比をリーン側に設定する制御をすることとした。
【００４４】
より具体的な制御の概要について図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１における制御例を示すタイミングチャートである。図５（Ａ）は、ＥＧＲ弁７０の開度を示している。図５（Ｂ）は、ＥＣＵ８０により設定される目標空燃比である。図５（Ｃ）は、ＥＧＲ触媒６４の下流のＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力値（起電力）を示している。また、図５（Ｃ）の閾値９９は、例えば理論空燃比における出力値を示している。
【００４５】
時刻ｔ０において、ＥＧＲ弁７０は所定の開度で開かれてＥＧＲが実施されている（図５（Ａ））。目標空燃比はストイキである（図５（Ｂ））。時刻ｔ１において、ＥＧＲカットが実施される。図５（Ａ）に示すようにＥＧＲ弁７０は閉じられ全閉とされる。この時、図５（Ｃ）に示されるＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力値は、空燃比が閾値９９よりもリッチである。この場合、ＥＣＵ８０はＥＧＲ触媒６４の酸素が十分でないと判断できる。ＥＣＵ８０は、目標空燃比をストイキからリーン側に変更する（図５（Ｂ））。目標空燃比の設定値は例えば１５を上限とする。目標空燃比がリーン寄りに変更されることで、ＥＧＲ通路やＥＧＲ触媒６４にリーン雰囲気の排気ガスが流入される。そのため、時刻ｔ１後、ＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力値は低下する。時刻ｔ２において、ＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力値が閾値９９を下回る（図５（Ｃ））。ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ触媒６４の酸素量が十分であると判断し、目標空燃比をストイキに戻す（図５（Ｂ））。
【００４６】
（制御ルーチン）
図６は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ８０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、まず、ＥＧＲカット実施中かつ目標空燃比がストイキであるか否かが判定される（ステップ１００）。ＥＧＲカット実施中でない場合、又は目標空燃比がストイキでない場合には、本ルーチンは終了される。
【００４７】
ＥＧＲカット実施中かつ目標空燃比がストイキである場合には、次に、ＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力値と閾値とを比較して、空燃比（以下、ＥＧＲ通路空燃比という。）がリッチであるか否かが判定される（ステップ１１０）。閾値は、例えば理論空燃比に相当する値とする。ＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力値が、閾値よりも高い場合にはＥＧＲ通路空燃比がリッチであると判定される。ＥＧＲ通路空燃比がリッチでない場合には、本ルーチンは終了される。
【００４８】
ＥＧＲ通路空燃比がリッチである場合には、次に、上流触媒５０の下流の空燃比（以下、主触媒下流空燃比という。）がリッチであるか否かが判定される（ステップ１２０）。具体的には、酸素センサ５６の出力値から、主触媒下流空燃比がリッチであるか否かが判定される。酸素センサ５６の出力値が、理論空燃比に相当する値よりも高い場合にはリッチであると判定される。主触媒下流空燃比がリッチでない場合には、本ルーチンは終了される。
【００４９】
主触媒下流空燃比がリッチである場合には、次に、ＥＣＵ８０は、上述のフィードバック制御からオープン制御に切り替え、目標空燃比をストイキよりもリーン側に設定する（ステップ１３０）。目標空燃比の上限は例えば１５とする。
【００５０】
ステップ１３０において目標空燃比がリーン側に設定された場合には、次のサブルーチンが実行される。まず、ＥＧＲ通路酸素センサ６６の出力値が上述の閾値よりも低くなったか否かが検出される。出力値が閾値を下回る場合には、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ通路空燃比がリーンになったと判断し、オープン制御から上述のフィードバック制御に切り戻し、目標空燃比をストイキに戻す。その後、サブルーチンは終了され、図６の本ルーチンも終了される。本ルーチンは運転中に定期的に実行される。
【００５１】
以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、ＥＧＲカット実施中であって、ＥＧＲ通路空燃比がリッチである場合に、内燃機関の目標空燃比をリーンに設定される。そのため、ＥＧＲ通路に流入されるリーン雰囲気の排気ガスにより、ＥＧＲ触媒６４に酸素を供給することができる。ＥＧＲ触媒６４の酸素量を増加させて、その浄化性能を高く維持することができる。また、上流触媒５０の下流の主触媒下流空燃比がリッチである場合には、目標空燃比をリーンとする制御を実施しないことができる。そのため、エミッション悪化を防止することができる。
【００５２】
このように、本実施形態のシステムによれば、エミッション悪化を防止しつつ、ＥＧＲ触媒６４の浄化性能を高く維持することができる。そのため、ＥＧＲを再開させた場合に、ＰＭを好適に浄化することができ、排気ガス成分が吸気系に余計に排出されることを防止することができる。特に、ツインエントリターボを備えた構成においては、上述したように排気ガスの脈動が顕著となるため、図６に示す制御ルーチンによる制御が好適に作用することとなる。
【００５３】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ＥＧＲ弁７０及びＥＧＲ通路酸素センサ６６をＥＧＲ触媒６４の下流に配置することとしているが、これらの配置はこれに限定されるものではない。例えば、ＥＧＲ弁７０をＥＧＲ触媒６４の上流に配置し、ＥＧＲ通路酸素センサ６６をＥＧＲ弁７０の上流に配置することとしても良い。ＥＧＲ通路の吸気通路側にＥＧＲ弁７０とＥＧＲ触媒６４とが配置されている等、ＥＧＲ通路の排気通路側の接続部からＥＧＲ弁７０までの距離が長い場合には、ＥＧＲ通路に多量のリッチガスが満たされるケースが想定される。この場合、ＥＧＲ再開時にＥＧＲ触媒６４に多量のリッチガスが流れ込み、ＰＭが十分に浄化できない可能性がある。上述の制御によれば、このようなケースであっても、ＥＧＲ弁７０の上流のＥＧＲ通路の空燃比を検出し、この空燃比がリッチである場合には、目標空燃比がリーンに設定される。そのため、多量のリッチガスがＥＧＲ触媒６４に流れ込むことを未然に防止し、ＥＧＲ触媒６４の浄化性能の悪化を防ぐことができる。
【００５４】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ＥＧＲ弁７０を、ＥＧＲ触媒６４の下流に配置することとしているが、ＥＧＲ弁７０の配置はこれに限定されるものではない。例えば、ＥＧＲ触媒６４の上流に配置することとしても良い。ＥＧＲ弁７０の閉塞が十分でない場合には、図６に示す制御ルーチンによる制御が好適に作用することとなる。
【００５５】
尚、上述した実施の形態１においては、第１ＥＧＲ通路５８、第２ＥＧＲ通路６０及び合流後ＥＧＲ通路６２が前記第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲ触媒６４が前記第１の発明における「ＥＧＲ触媒」に、ＥＧＲ弁７０が前記第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、ＥＧＲ通路空燃比センサ６６が前記第１の発明における「ＥＧＲ通路空燃比を取得する手段」に、上流触媒５０が前記第４の発明における「主触媒」に、酸素センサ５６が前記第４の発明における「主触媒下流空燃比を取得する手段」に、タービン２０ｂが前記第５の発明における「タービン」に、第１排気通路４０が前記第６の発明における「第１排気通路」に、第２排気通路４２が前記第６の発明における「第２排気通路」に、合流後排気通路４４が前記第６の発明における「合流後排気通路」に、第１ＥＧＲ通路５８が前記第６の発明における「第１ＥＧＲ通路」に、第２ＥＧＲ通路６０が前記第６の発明における「第２ＥＧＲ通路」に、合流後ＥＧＲ通路６２が前記第６の発明における「合流後排気通路」に、それぞれ相当している。
【００５６】
また、ここでは、ＥＣＵ８０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ通路空燃比判定手段」が、上記ステップ１００〜１３０の処理を実行することにより前記第１又は第４の発明における「目標空燃比設定手段」が、上記サブルーチンの処理を実行することにより前記第３の発明における「目標空燃比を理論空燃比に設定する手段」が、それぞれ実現されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月19日(2012.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され、排気ガスを浄化可能なＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁の上流における前記ＥＧＲ通路内の排気ガスの空燃比（以下、ＥＧＲ通路空燃比という。）を取得する手段と、
前記ＥＧＲ弁が閉じられてＥＧＲが停止されている場合に、前記ＥＧＲ通路空燃比が閾値よりもリッチであるか否かを判定するＥＧＲ通路空燃比判定手段と、
前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリッチであると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する目標空燃比設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記目標空燃比設定手段により目標空燃比が設定された後、前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリーンになったと判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比に設定する手段、を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な主触媒と、
前記主触媒の下流の排気ガスの空燃比（以下、主触媒下流空燃比という。）を取得する手段と、
前記主触媒下流空燃比が理論空燃比よりもリッチであるか否かを判定する主触媒下流空燃比判定手段と、を備え、
前記目標空燃比設定手段は、前記ＥＧＲ通路空燃比判定手段により前記ＥＧＲ通路空燃比が前記閾値よりもリッチであると判定された場合、かつ、前記主触媒下流空燃比判定手段により前記主触媒下流空燃比が理論空燃比よりもリッチであると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記排気通路に設けられた過給機のタービンを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも上流の前記排気通路に接続されていること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気通路は、
前記内燃機関の第１気筒群から排出される排気ガスが流れる第１排気通路と、
前記内燃機関の第２気筒群から排出される排気ガスが流れる第２排気通路と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路とが合流した後の合流後排気通路と、を備え、
前記タービンは、前記合流後排気通路に設けられ、
前記ＥＧＲ通路は、
前記第１排気通路に接続され、前記内燃機関の吸気通路へ向かう第１ＥＧＲ通路と、
前記第２排気通路に接続され、前記内燃機関の吸気通路へ向かう第２ＥＧＲ通路と、
前記第１ＥＧＲ通路と前記第２ＥＧＲ通路とが合流する合流部から前記吸気通路へ連通する合流後ＥＧＲ通路と、を備え、
前記ＥＧＲ触媒は、前記合流後ＥＧＲ通路に設けられていること、
を特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
2011058628.tif 000010
2011058628.tif 000011